形象教学法在机械制图教学改革中的应用探讨:机械制图

形象教学法在机械制图教学改革中的应用探讨

目前，机械图的二维表达在我国的制造业中仍占相当大 的比重，即使在技术先进的大型国企，虽然三维设计-三维 制造占据了主流，但技术人员在设计过程中，对二维图纸的 识图能力仍是三维设计的基础。因此，培养学生的二维表达 能力依旧是制图课的重中之重。

我们在多年的教学中摸索出一套行之有效的“形象教学 法”，即将枯燥的理论知识通过实物、图像直观地表现出来， 以增强内容吸引力，激发学生的学习兴趣。形象教学法建立 在“体-图”思维方式的基础上，它改变了传统教学 “图- 体”的方式，符合从感性到理性，从具体到抽象的认知规律，让学生在直观、形象的教学环境下，接受理论，得到启发， 效果显著提高。

二、在课堂教学中的应用 在传统教学中，二维和三维的转换，主要通过教师引导、 学生想象，逐步建立起机件的虚幻影像，空间想象力较差的 学生几乎不可能完成。多媒体课件可以通过图片的形式将空 间结构展示给学生，但这只是把静态的结果直接灌输给学生， 对培养学生空间想象力效果不好。课堂上的形象教学法是建 立在Pro/ENGINEER的基础上，实时进行建模，可使复杂形体 的形成过程直观化、形象化，课堂教学变得生动有趣，从而 激发学生对空间结构的求知欲望和学习兴趣。

（一）三维建模 1.基本体。基本体是构形零件的基础，在讲述基本体分 类时，通过平面“拉伸”演示棱柱的形成过程，通过素线“旋 转”演示回转体的形成过程。在课程伊始就引入ProE，其目 的是尽早让学生建立实体建模的概念，为零件的构形设计奠 定基础。生成基本体后，将面融入其中，可大大降低其抽象 性。引导学生观察立体的表面，总结出各种位置平面，并在 三视图中找到其对应投影，最后提炼出各种位置平面的投影共性。表面取点是基本体投影中的难点，在空间想象力不足 的情况下，学生很难将表面上点的空间位置与视图中的投影 位置对应起来。此时可以利用软件中提供的front、top和 left三个不同视图方向，边操作边让学生观察，这样学生很 容易就建立了三维和二维之间的对应关系。

2.截交线和相贯线。截交线和相贯线复杂且形状多变， 学生普遍认为这是制图的一大难点，由体到图的形象教学法 在这个知识点上的优势最为显著。首先是截交线，利用ProE 中“去除材料”对基本体进行截切，通过改变创建辅助基准 面时的角度或位移参数，可以得到各种形状的截交线，在线 框显示模式下学生可以直接观察到它在三视图中的投影，先 接受现实，再通过表面取点进行理论求解，学生就易于理 解；
对于相贯线，如正交两圆柱，通过变化其中一个圆柱的 直径，在线框模式下让学生观察两圆柱的直径差对相贯线形 状和方向的影响，对其变化趋势加深印象，然后引导学生首 先观察柱面有积聚性时相贯线的投影确实是圆，再观察柱面 无积聚性时相贯线的投影形状，学生对理论的求解结果就自 然而然地接受了。

3.线面分析法读图。线面分析法读图是又一大难点，用 不同位置的平面从不同方向对长方体进行切割，产生的交线 会围成多个形状复杂的表面，致使切割体的形状异常的抽象难懂。在传统的教学中，要求学生根据两个视图想象这些复 杂表面围成的空间结构，再补画第三视图，这种逆向思维给 学生带来很大的困惑。利用ProE演示长方体的切割过程，学 生可动态观察到每切一刀会产生什么样的交线，它对上一刀 所得交线的影响，以及这些交线构成的新表面的形状和位置。

再从三个方向观察这些表面的投影，通过由体到图的正向思 维过程，学生就容易将复杂切割体的三维和二维联系起来， 这可以大大降低线面分析法的抽象性。

4.剖视图。在机件的表达方法中，对剖开之后的形状， 学生一般能想象其大概的轮廓，但一些细部结构，如剖切平 面后面的可见轮廓总被忽略，因此所画剖视图中存在很多细 节上的错误。为解决这个问题，教师在讲授剖视图画法之前 对多个形体（课前准备好）进行剖切演示，让学生直观观察 到零件剖开之后剖切区域的形状，以及剖切面后面的轮廓， 学生有了形状的积累之后再学习画法，不论是学习效率还是 学习效果都会有所提高。

5.尺寸标注。学生对组合体尺寸标注中的“完整性”总 是把握不好，错误集中在几个方面：（1）少尺寸；
（2）多 尺寸，不该标注的位置（如截交线、相贯线等）标尺寸；
（3） 定位尺寸的基准选择不合理。为此，在掌握国标关于尺寸标 注的规定后，教师在ProE中一步步演示组合体的建模，调动学生积极参与到建模过程中来。首先是基本体的定形尺寸：
在二维草图阶段，引导学生考虑每个图元需要怎样的尺寸才 能将其绘制出来，再加上拉伸的高度尺寸，这样学生对基本 体的定形尺寸个数就清楚了；
接下来是基本体之间的定位尺 寸：在创建了作为基准的基本体后，创建下一个基本体时要 先创建辅助基准面，此时引导学生考虑基准面的创建需要什 么参数（这就是两个基本体之间的定位尺寸）；
遇到基本体 的挖切，引导学生考虑下刀的位置（即截平面的定位尺寸）， 一旦切割之后学生会注意到交线是自动产生的，其形状和大 小完全取决于截平面的位置。这样学生就深刻理解了只要正 确标注了截平面的定位尺寸，截交线的尺寸标注就属于多余 尺寸。这个演示过程与传统教学相比不会增加学时，而效果 却是传统教学法无法比拟的。

（二）三维装配 （三）加工视频 绘图建模只适用于几何模型，用来培养学生的空间想象 力。制图教学的另外一项任务就是要培养学生的工程应用能 力。制图课的服务对象是产品设计和制造，而金工实习等实 践教学环节都是安排在制图课之后，现场教学因为场地、资 金、及教辅人员等问题，目前也不具备实施的条件。这样学生的课程目标不明确，导致不能学以致用。在课件中适当穿 插一些短小的加工视频，可以最大限度地弥补这一矛盾，模 拟现场教学。另外视频可以使学生对表面粗糙度等加工信息 有深刻的印象，这是静态二维图和软件建模无法比拟的，这 还对培养学生的工程应用能力起到很大的辅助作用。

三、在课外教学中的应用 要想能正确运用视图来表达设计结果，学生需要在课堂 学习的基础上，辅以大量的课外自学和练习。为弥补课外教 师面对面辅导的缺失，我们逐渐完善了网络教学资源库，学 生可通过校园网的教学平台完成课前的自学和课后的练习。

资源库中的三维模型库可以补充课堂内建模数量的不足，让 学生尽量多地积累各种形状，充实头脑，提升空间想象力， 培养学生的创新意识；
三维动画库，能演示部件的装拆过程， 模拟部件工作原理；
视频库，可以使学生在接触零件加工方 法的同时，对各种机加工设备有所接触和认识，为后续专业 课的学习奠定基础，解决了制图课与专业课的脱节问题。

四、结语 采取课堂与网络有机结合的教学手段，将形象教学法贯 穿于制图教学的整个过程中，能提高学生对制图课的学习兴趣，对培养学生的创新意识、自主学习能力和工程应用能力 起到很大的推动作用。随着教学改革的深入，还需要不断充 实、完善网络资源库，并进一步解决学生利用网络资源库的 方便性和快捷性，使学生受益的深度和广度进一步扩大。

[ 参 考 文 献 ] [1] 杨美平.论形象教学法[J].中国电力教育，2010 （24）：68-69. [2] 裴善报.基于Solidworks 的机械制图教学应用研究 [J].科技信息，2011（22）：433-435.